1、停止进行增大积分项的运算。具体地说，在计算u（k）时 ， 将判断上一时刻的控制量u（k）是否已超出限制范围，如果已超 出， 那么将根据偏差的符号，判断系统输出是否在超调区域，由此决定 是否将相应偏差计入积分项。 算法流程图如下图所示。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 课 程 内 容 22 Y e(k)0 入口 计算)()()(tckrke 输出u(k)并作e(k-1)e(k-1)、 e(k-1) e(k-1)、 u(k) u(k)为下一次作准备 子程序返回 u（k-1） umax N 各项求和计算u(k) Y 计算式（6-18）中的 比例项和微分项 u（k-1） umax
2、N Y e(k)0 N Y N 课 程 内 容 23 (2) 积分分离法 减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。 上面的修正方法是一开始就积分，但进入限制范围后即停止累积。 这里介绍的积分分离法正好与其相反，它在开始时不进行积分，直 到偏差达到一定的阀值后才进行积分累计。这样，一方面防止了一 开始有过大的控制量，另一方面即使进入饱和后，因积分累积小， 也能较快退出，减少了超调。 将式（ 6-19 ）改写为下面形式 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 )1()()()()( 0 kekeKieKKkeKku k i DILP 时，当 时，当 )(0 )(1 ke ke K
3、L 式中 其中为预定门限值。 课 程 内 容 24 采用积分分离法的 PID 位 置算法流程图如图所示。系 统输出在门限外时，该算法 相当于 PD 调节器。只有在门 限范围内，积分部分才起作 用，以消除系统静差。 入口 计算)()()(tckrke 输出u(k)并作e(k-1)e(k-1)、 e(k-1) e(k-1)、 u(k) u(k)为下一次作准备 子程序返回 e（k） 计算积分项 Y 各项求和计算u(k) N 计算式（6-18）中的 比例项和微分项 课 程 内 容 25 2.PID 增量算法饱和作用及其抑制 在 PID 增量算法中，由于执行元件本身是机械或物理的积分储 存 单元，在算法
4、中不出现累加和式，所以不会发生位置算法那样的累 积效应，这样就直接避免了导致大幅度超调的积分累积效应。这是 增量式算法相对于位置算法的一个优点。但是，在增量算法中，却 有可能出现比例及微分饱和现象。 (1)“ 积累补偿法” 基本思想是将那些因饱和而未能执行的增量信 息积累起来，一旦有可能时，再补充执行，这样就没有遗失，动态 过程也得到了加速。 (2) 方法 在每次计算积分项时，应判断其e（kT）的符号，是否 将 继续增大累加器的积累。如果增大，就将积分项略去，这样，可以 使累加器的数值积累不致过大，从而避免了积分饱和现象。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 课 程 内 容 2
5、6 6.4.2 不完全微分 PID 算法 在标准的 PID 算式中，当有阶跃信号输入时，微分项急剧增加， 容 易引起调节过程的振荡，导致调节品质下降。 1. 不完全微分 PID 算法基本思想 仿照模拟调节器的实际微分调节， 加 入惯性环节，以克服完全微分的缺点。 2. 算法的传递函数表达式为 式中 KD 微分增益。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 s K T sT sT K sE sU D D D I P 1 1 1 )( )( 课 程 内 容 27 将上式分成比例积分和微分两部分，则 其中 将上式化成微分方程，再用一阶向后差分近似代替微分，得到不完 全微分的 PID 增量
6、式算式为 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 )()()(sUsUsU DPI )( 1 1sE sT KU I PPI )( 1 )(sE s K T sT KsU D D D PD )2() 1()2() 1(2)( )()1()()( kukukekeke Ts T K ke T T KkekeKku DD D P I PPD 课 程 内 容 28 6.4.3 微分先行 PID 算法 微分先行 PID 算法的实质是将微分运算提前进行。有两种结构 ， 一种是对输出量的微分；另一种是对偏差的微分，如图所示。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 ) 1 1 (
7、sT K I P U（s） C（s） R（s） sT sT D D 1 . 01 1 + - ) 1 1 ( sT K I P U（s） C（s） R（s） sT sT D D 1 . 01 1 + - 对输出量先行微分 PID 算法 对偏差量先行微分 PID 算法 课 程 内 容 29 在第一种结构中，只对输出量c（t）进行微分，它适用 于给定量频繁升降的场合，可以避免升降给定值时所引起的超调量 过大，阀门动作过分剧烈振荡。 后一种结构是对偏差值先行微分，它对给定值和偏差值都有 微分作用，适用于串级控制的副控制回路。因为副控制回路的给定 值是由主控回路给定的，也应对其作微分处理，因此，应该在
8、副控 制回路中采用偏差 PID 控制。 6.4.4 带死区的 PID 控制 在控制精度要求不高、控制过程要求平稳的测控系统中，为 了避免控制动作过于频繁，消除由此引起的振荡，可以人为的设置 一个不灵敏区B，即带死区的 PID 控制。只有不在死区范围内时， 才按 PID 算式计算控制量。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 课 程 内 容 30 6.4.5 给定值突变时对控制量进行阻尼的算法 在给定值发生迅速变化时，例如阶跃变化时，为了防止出现过 大的控制量，一般可采用下列办法： （ 1 ）前置滤波器 （ 2 ）修改算法中对给定值变化敏感的项 第六章 数字数字 PID 及其改进算
9、法及其改进算法 课 程 内 容 31 6.5 PID 调节器参数的整定 6.5.1 凑试法确定 PID 调节参数 凑试法是通过模拟或闭环运行（如果允许的话）观察系统的响应曲线 ( 例 如阶跃响应），然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数 ， 以达到满意的系统响应，从而确定 PID 调节参数。 1 1.PID 的参数对系统性能的影响 （ 1 ）比例系数KP对系统性能的影响 增大比例系数KP一般将加快系统的响 应， 在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超 调，并 产生振荡，使稳定性变坏。 （ 2 ）积分时间TI对系统性能的影响：增大积分时间TI有利于减小超
10、调，减 小 振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。 （ 3 ）微分时间TD对系统性能的影响：增大微分时间TD，也有利于加快系统 响 应 ，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 课 程 内 容 32 2 凑试法确定 PID 调节参数 在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实 行下述先比例，后积分，再微分的整定步骤。 （ 1 ）首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应 的 系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。 （ 2 ）如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则 须 加入积
11、分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一 步整定得到的比例系数略为缩小（如缩小为原值的 0.8 倍），然后 减 小积分时间，在保持系统良好动态性能的情况下，使静差得到消除 。 （ 3 ）若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整 仍 不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 课 程 内 容 33 常见被控对象的常见被控对象的 PIDPID 参数经验选择范围参数经验选择范围 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 被调量 特点 KP TI（min） TD（min） 流量 对象时间常数小，并有噪声，
12、故 KP较小，TI较短，不用微分 12.5 0.11 温度 对象为多容系统，有较大滞后， 常用微分 1.65 310 0.53 压力 对象为容量系统，滞后一般不 大，不用微分 1.43.5 0.43 液位 再允许有静差时，不必用积分， 不用微分 1.255 课 程 内 容 34 6.5.2 实验经验法确定 PID 调节参数 1 扩充临界比例度法 扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用的临界比例度法为基 础的一种 PID 数字控制器参数的整定方法。 2 阶跃响应曲线法 在上述方法中，不需要预先知道对象的动态性能，而是直接在 闭还系统中进行整定的。如果已知系统的动态特性曲线，数字控制 器的参数的整定
13、也可采用类似模拟调节器的响应曲线法来进行，称 为阶跃响应曲线法，也称扩充响应曲线法。这一方法适用于多容量 自平衡系统。 第六章 数字数字 PID 及其改进算法及其改进算法 课 程 内 容 35 6.6 纯滞后补偿控制技术 6.6.1 纯滞后补偿算法 1 纯滞后补偿原理 在工业控制中，不少控制对象往往具有纯滞后的性质。对象 的 纯滞后性质，会导致控制作用不及时，引起系统超调和振荡。带纯 滞后环节的控制系统如图所示。 其传递函数为 D（s） GP(s)e-s )(tr +)(ku )(te )(k舶瀀!諏!軾謀!鲹!鳉戡鲯刡褐!鶊1!辙1!1!讽!讯!1跩餡!1!匡辿脡刡!萡!踀!戡贀鸀刡鸀踀鰀言
14、退偀怰偀怰怰酰【鄀脐D201舶扱氀褃!脡!贀裹!袚刡谐!裭袯風!颹騀1颫颬!飌颽!褐!踀鸀頀!1!鬐!踐鼀!1!鬐4r201舶謀脡1貘!鳽猡鴐覉贀覩觌膨!刱駫駻馬踀馾!11戱駯谀鴀錱!11!觯1!1脡餀言言褀鼀謀!怃偐脰怠灀恐偀灐倰酠倀腐恀偐灐倀酠倀偰恰偠灠偠倰倰怰Hp201舶襹磹鰂!趮躏!諞諌諜諜諜言諬諼褀諝骨鼀骉髙骊髚髚髺髋騀骜骬骼骭褀髍髽!阡!込!1髏髏髯谐鬀蠐踀踀踀爡踀鬀!刡贐!茡鈡!鄡!爡蠀!讙鄡1髿1舁丂怃脰【倰灀倐倐腠脰倀偐恀搀言鎂纱聦鸀讉讚讌诼!袬!錡!爡刡鮋鮋!课!鯙!鮫鮍蠀鮫髊!骿!许!诚脡!讎!鮌刡!1觛1!11!1騐謀鬀!1輀鼀!褀餀!騐!鰐贀鴀鸀賹貫貾蠀賎鳨渁簄搅腠鄰
15、偰恠鰰昁頁鎂洁1!1!鲿1!鮬!鯮!脡!刡厨頀謀餀鬀鸀酐恐倠&t201舶最!黪!戡蠐餀言谀!諘!髚!軩!躻!谀!迻!龚!龜!裸戡颟!覻爡餀刡言輀鬀!1!駪!貯!倆怰怐瀐鄐【倐灰脰瘁鎂褀!麽!1!11!誝!1鯬1鯞111鳊!趞!1!麌!1!馌1諟1髌1!1设1!111!軙謡!諍1!挡褀鬀辺!軌!1!駪!鲪軬!諞!诙!飛!1!11偀偰倰脀倀腰鄀恠偐倰灐倰倰鄰偐偰偀偠倰恐倀脰腠倠瀰灀偐昀鎂甀1趟!躼!骮!鷹!軭!辘鮹!裈!蘡!飽!骋!跚!迏1!鴐!踐!輐鼀鶭!躚!1!偀偰脰倀偠倰恐倐灰脠倀踀舶銀洀!諫褀骙骋骽!蠀髿踀!谐鸀騀!鰀贀言輀餀頀!鄡!谀脡預鴀!舡!鬀爡【娐稀鎂脅爡!袪!袼!裼!髍!黽!麾脡
16、!裚!1!话!賞11贡龙11!1褡1霱1!跪刡鄡!趪!躜1袮!鸡!脡!輡鮞鮮鮾鸀鸀踀餀餀!1!蚘刡舡爡刡舡犫謙贡勋訙臺!倐怰怐倠怰偠倀瀀瀐倠倐偐脐倀偰倰倰酐舰【怰瀰Bz201舶薀儀頡鯾脜猡鄜蠌鐝脝脞鄱踡阙鋸芉錡錡鈡1f鄆偀【娀蜀鎂墷鮶胄鷽鶮谀!舡!蠐輀刡言!謀覿!蠀頀!賾!鲚!1誊1骯!裨!袙裼躘輀躘躨!111袌!1!覞鄡!誺!諿!髙!骽!鮟!趻!1!灰瀠怐倀脐氀頀鎂殷!贀鰀銿!鲻!11!軬!袚!袟!颚!飏!1!躉軚!躛踀軏刡麽!黾爡蠐頀!脡戡褀餀謀鴀!迹鸐褀鼀餀!戡贀!倄倀鈰怀脀鄀d201舶几騄謀踀言鼀鼐蠀!脡!觛鄡觎馭鄡!谀!褀!誘!諩!誊!誫!諛誝!諍骜!骼!髬!骭!髮!戡鬐贀鼀栀020
17、1舶阊砀缃!1!谀鴀踀鸀褀踀!谀!刡!刡謀!貛!賜鸐!刡贐!脡!刡戡!鸀趙!趚!跺鼀鷉!鶾鰐戡!騀鴀蠀贀麈!麾!黾!覽!跼1辞1袭爀鄐$Xİ201舶蹮贂製製袮袏裟飫踀飮颏颯颯鸀颯颿言鰀貨!貟褡!鷼!颭!覼!1骊!輐褀踀鬀訐蠐!鐡!1!1。倰倰鄐酐怀鎂溸胍鸀谀司觼覭觽覾觞觾贐覿輀駈駨駸駩駹馊駊馋駫馬褀輀鴀鬀鼀鴀餀鬀鰀鬀1!刡霡!馏鴀鼀騀輀鴀輀飘!觌贡質!餀褀謀瀁鄐偐脐瀀脐倐脀瀐【昀蠀鎂唀!颭!骫髛言髻验验骝骮骾骯贀餀劊鴀輀鼀鳪!鳌戡餐謀!趪!跌!距!跏!鶹!鶪!鷜!鷎!瀃倠4f舶!躊!黊!刱褀鰀鴀餀贀龜!刡!脡踀鬀謀!裻!裞!裟!飬!颮!飿!鼐踀鴀鼀贀鸀鴀!諊!鐡!脡!讬!挡言鴀鰀輀鳍脡!1!褐
18、鶘!鶍爡爀鎂鈂!1!脱!1脡!躺鄱戡!預刡!鬐餀!1!1!鬐鄡!刡谀!1!退樁娀言鎂肠谇騀!誹脡!骘!骨!高脡!贀鼀!預餀輀!蠀言!鼐讪鄡!讝鼐鰀謀騀!鄡!戡!1賉!1!訐贀踀褀餀謀鸀谀褀!鄡!脡!戡!刀鐀堁鎂容胞贀餀頀!麞!點!黯1!刡謀!爡迏!謀颏!飿鬐騀谀褀頀!諫!誮!骫!髌!髍!爡褀!鐡!鲎!跘!跎!跏!鷊!1!怐怰【鄐搀谀鎂閹岹鐂躘!軨!躝!麻戡褀1!边!辿!裫!颻!覫!諘!高!髻!诫!鲯1趺!1!蔡1!袾!費!鰡1黊!连!飩!請!調!讝1鯾1!1距!1袹1!駏蘡1!鄐怀瀠怰偀鄐倀倐恠鄰脀瀐倰倰【倰搀鎂匁飭!1!髪!1!1111!跮1!1匡谐頀鯜!11賉1貪!1!跜11!1颾1!诬1鮬!1鰱!萡爡刜氁偠偰倐瀰【偠倰瀰灐灐偐瀰偠偰酀偐倰倐怰倰201舶蔑间踀瀃1!课1!11!賋!萡!1!鄡戡謀鬀!袯!颪!颬!飬!飾!爡貸謀貸貸賉貊蠀貋貋踀貛!鲨!跹!鷩1鶜霡!袺!1!1!1!袙!駨!1!骞!骏!鲛!鳬!颜!鰀蠀戡11!11挡11辬!谡踐鼀
